2 года назад
Нету коментариев

Во всей вселенной нет или, во всяком случае, невозмож­но себе представить структуру, даже просто сравнимую с таким сложным механизмом, каким является животное. Если системы, с которыми имеют дело физические науки, поддаются сравнительно простому описанию, то изучение животных и растений требует более тонкого анализа и понимания. По своей внутренней сущности биология го­раздо сложнее физики и химии. И наш собственный орга­низм, а также наш способ существования является одним из примеров такой упорядоченной сложности.

Человек уже давно осознал, что животные — его отда­ленные родственники. А ведь всего сто лет назад этот «радикализм» навлек бурю возмущений на голову Дарви­на и его единомышленников, решивших пересмотреть уста­новившиеся представления о положении человека во все­ленной. Пожалуй, со времен открытия Коперника не было другой, столь же революционной идеи, которая бы так же глубоко перевернула представления человечества, как биологическая концепция эволюции. Нам кажется излиш­ним доказывать здесь, что современные животные и чело­век произошли от более примитивных животных прошлого и что эти родословные можно достаточно детально просле­дить по палеонтологической летописи на протяжении сотен миллионов лет.

Одна из самых удивительных черт животных — это их разнообразие. Прилежный труд нескольких поколений биологов знакомит нас с ошеломляющим богатством форм животных (миллион с лишним), с которыми мы делим нашу планету. Практически все они уже имеют имена (К сожалению, это не совсем так. Почти в каждом классе животных есть еще не описанные виды, а в некоторых из них (например, насекомых) доля неизвестных видов, по мнению спе­циалистов, поднимается до 30%) и почти каждая их часть получила свое название, так что любой биолог поймет, о чем говорит его коллега. Этот ги­гантский запас информации о животных поражает вообра­жение и иногда сбивает с толку. К счастью, в последнее время получено много интересных фактов, говорящих о целесообразном строении организма животного и о функ­циональной гармонии его частей.

Клетки, микробы, растения и животные

Пристальное изучение любого животного показывает, что все они состоят из микроскопических ячеек организо­ванной жизни, называемых клетками. Обычно размеры этих клеток не превышают нескольких микронов (1 мкм=10-6 м), а окружающие их мембраны настолько тонки, что их можно увидеть лишь в самый сильный световой микроскоп. В вязком содержимом живой клетки, называ­емом протоплазмой, осуществляется такое количество, про­цессов, что только описание их может занять целую кни­гу. Многие живые организмы, например микробы, состоят всего из одной клетки (а вирусы — только из части клет­ки) . Однако большинство животных организмов состоят из тысяч, а то и миллионов клеток, специализированных в десятки и сотни четко отграниченных типов. Именно из-за этой специализации самостоятельно, вне организма, частью которого они являются, они не могли бы существовать. Но действуя во взаимосвязи, они позволяют животному делать то, что невозможно для чрезвычайно просто организован­ной популяции микробов.

Растения, как и животные,— многоклеточные организ­мы. Однако от животных они отличаются прежде всего не­достаточной подвижностью и способностью синтезировать питательные вещества из простых молекул с использова­нием солнечной энергии. Этот процесс называют фотосин­тезом. Растения и микроорганизмы, синтезирующие необ­ходимые им питательные вещества в процессе фотосинтеза, называют автотрофами в отличие от гетеротрофов, каковыми являются типичные животные, добывающие энергию путем поглощения питательного материала, синтезируемо­го растениями или другими живыми организмами. Но известны и исключения из этого общего правила. Встреча­ются, например, такие животные, которые часть своей жиз­ни проводят в относительно малоподвижном состоянии, прикрепившись к морскому дну. К их числу относятся не­которые моллюски и кораллы. Последние выделяют вокруг себя плотные защитные стенки, и из их скоплений на про­тяжении столетий создаются коралловые рифы. Но и у этих животных те или иные части тела находятся в посто­янном движении и чрезвычайно активны гаметы и личи­ночные стадии.

С другой стороны, и растения каждый день открывают и закрывают лепестки, поднимают и опускают листья, из­гибают стебель, а многие микроскопические водные расте­ния из числа одноклеточных водорослей на некоторых, стадиях своего развития активно плавают. Даже у высших растений гаметы нередко бывают подвижны. Есть и та­кие растения, грибы например, которые не способны к фотосинтезу и являются гетеротрофами, вроде рыб или млекопитающих. Но даже и это еще не все — некоторые кораллы, например, и ряд родственных им животных обра­зуют тесные сообщества с одноклеточными водорослями. В этом случае рассеянные среди кораллов водоросли осу­ществляют фотосинтез на общее благо себе и окружающим животным (подобные отношения называют симбиотическими), и таким образом все объединение становится по существу автотрофным.

Среди микробов найти различия между гетеротрофами и автотрофами еще труднее. В некоторых случаях одни и те же клетки в течение жизни превращаются из неподвиж­ных автотрофных особей в активно плавающие и не спо­собные к фотосинтезу; иногда микробы одновременно мо­гут быть и подвижными и автотрофными. В период увлече­ния классификацией живых организмов зоологи относили подвижных микробов к царству животных, а ботаники все фотосинтезирующие микроорганизмы называли растения­ми. Эти критерии нередко приводили к недоразумениям и спорам. Современные биологи не тратят время на выясне­ние этих недоразумений, предпочитая заниматься выясне­нием различий между микробами и многоклеточными орга­низмами. Дело в том, что многие важные процессы, регулируемые клеточными мембранами, в обеих группах осу­ществляются одинаково. Однако совсем иное дело, если говорить о многочисленных клетках, образующих растение или животное в целом. У высших растений образование «клеточных сообществ» повышает эффективность непо­движного автотрофного существования. У животных, на­оборот, клетки сгруппированы так, чтобы организм мог активно двигаться, добывая пищу, и выполнять другие, не зависящие от питания функции. Микробы и растения только синтезируют сложные молекулы и растут, а живот­ные действуют. Что и как они делают, в большой степени зависит от того, как они устроены, какие органы слагают их тело и как составляющие их клетки связаны между собой в устойчивые, эффективные системы взаимодейст­вующих частей. Основная цель настоящей книги — как можно четче обрисовать некоторые пути функциональной организации клеток, образующих организм животного.

Системы органов животных

Проанализировать работу даже какой-нибудь одной маленькой части организма животного чрезвычайно труд­но по той причине, что и в пределах микроскопически ма­лых объемов одновременно происходит огромное количе­ство процессов. Но задачу можно упростить, если рассмат­ривать функции поочередно. Этот подход облегчается тем, что между клетками организма существует эффективное разделение труда — они в той или иной мере специализи­рованы для выполнения определенных функций, жизнен­но важных для животного. Поэтому организм можно рас­сматривать как совокупность специализированных плеток. Группы одинаково специализированных клеток, подобных тем, которые образуют, например, хрящ или мышцы, назы­ваются тканями. Несколько тканей, объединенных в опре­деленный комплекс, образуют орган (почку, глаз, кость). Несколько органов, совместно выполняющих определенную функцию, складываются в систему органов, например пи­щеварительную или опорную. Комплекс систем, связанных воедино, образует организм.

Выделяется восемь основных функциональных систем: опорная, пищеварительная, дыхательная, транспортная, половая, система регуляции химического состава и системы регуляции функций (нервная и эндокринная).

Тела животных устроены строго определенным образом и имеют более или менее специфическую форму, что слу­жит структурной основой для всех операций и процессов. Наружный слой тканей образует кожу различной толщины и плотности. У многих животных существует и внутренняя опорная система — скелет. Развитие опорных систем ши­роко варьирует в соответствии с образом жизни животного.

Помимо опорной системы, животному необходимы те или иные виды «топлива», то есть пища» Она добывается из окружающей среды при помощи таких действий, как поиск, преследование, проглатывание добычи; но прежде чем пища войдет в состав тела, она претерпевает ряд пре­вращений. Этот процесс, называемый пищеварением, пред­ставляет собой механическое и химическое измельчение пищевого сырья на молекулы, которые непосредственно идут на производство энергии, рост и развитие организма.

Наряду с пищевым материалом большинству животных требуется кислород. Конечным продуктом процесса окисле­ния пищи, помимо энергии, являются углекислота и вода. Получение кислорода и удаление углекислоты — главная функция дыхательной системы, которая у водных живот­ных представлена жабрами, а у наземных — легкими или трахеями.

Большую часть энергии животные расходуют на дви­жение. Перемещение различных частей организма и дви­жение животного требуют участия мышечной системы, работу которой можно понять, изучая не только ее макро­скопическую организацию, но и молекулярное строение сократимого белка в специализированных мышечных клетках.

Большинство животных нуждаются в особой системе кровообращения, которая доставляет необходимые вещест­ва к самым различным системам органов. Поэтому крове­носные сосуды и сердце чрезвычайно важны для организма и нарушение их работы быстро приводит к его смерти. Но для поддержания жизни просто размеренной работы пере­численных систем недостаточно, ибо живая механика слишком сложна и нуждается в специальной регуляции и контроле. Особенно важна химическая регуляция жидких тканей, поскольку жизнь организма возможна лишь при определенной концентрации солей и других низкомолеку­лярных соединений. Поэтому нормальное существование высокоорганизованных животных поддерживается точной регуляцией ионного состава соков их тела. Эта регуля­ция водного и ионного баланса обычно выполняется почками, на долю которых падают и выделительные функции.

Все структуры тела животного рано или поздно изна­шиваются, и организм умирает; однако более частая при­чина гибели животных — это болезни, хищники, случай. Вид сохраняется, так как одновременно с гибелью отдель­ных особей появляются новые поколения животных. Вос­произведение требует от взрослых животных больших энергетических затрат; при этом производить точные ко­пии родительских организмов явно недостаточно. В ходе длительной .эволюции выработался более сложный про­цесс — половое размножение: оно лучше обеспечивает сохранение видов животных в течение значительно более долгого периода, чем индивидуальная жизнь особи. Органы размножения продуцируют специализированные клетки, которые при благоприятных условиях соединяются, давая начало новому животному. У многих животных есть особые органы, которые обеспечивают благополучное выживание развивающегося потомства.

Совокупность органов — это еще не животное. Требует­ся координация мириадов процессов, протекающих в орга­низме. Некоторые регулировочные процессы идут быстро, в какие-то доли секунды, другие длятся часами и даже днями, но и они нуждаются в такой же четкой корректи­ровке. В соответствии с этими требованиями в организме действует ряд механизмов, осуществляющих регулирова­ние мышечных сокращений, секреторной деятельности желез и ритмов работы других органов. Такое регулирова­ние достигается путем переноса от одной части тела к дру­гой особых «молекулярных депеш», производимых эндо­кринной системой. Эти «депеши» либо обладают широким, неспецифическим действием, либо в течение очень корот­кого или, наоборот, долгого времени регулируют работу только определенного органа. Координация быстрых дви­жений достигается более специализированными сигнала­ми, которые распространяются по поверхности нервных клеток. У большинства животных имеется хорошо выра­женная нервная система; ее задача — проводить тысячи восходящих и нисходящих сигналов для поддержания пра­вильной работы всех частей организма в особом координированном ритме. Нервная система, более чем любая дру­гая, делает животных тем, что они есть, — независимыми операторами, организмами, действующими «по своему усмотрению».

ЛИТЕРАТУРА

Barrington E. J. W., Invertebrate Structure and Function, Lon­don, Nelson, 1967.

Clements A. N., The Physiology of Mosquitoes, New York, Pergamon, 1963.

Davsоn H., A Textbook of General Physiology, Boston, Little, Brown, 1964.

Flоrеу Е., An introduction to General and Comparative Animal Physiology, Philadelphia, Saunders, 1966.

Gordon M., Animal Function: Principles and Adaptations, New York, Macmillan, 1968.

Greenwооd P. H., A History of Fishes (revision of Norman J. R.), London, Benn, 1963.

Hoar W., General and Comparative Physiology, Englewood Cliffs, N. J., Prentice-Hall, 1966.

Lоewу A. G., Sieкеvitz P., Cell Structure and Function, New York, Holt, Rinehart and Winston, 1969.

Marshall A. J. (ed), Biology and Comparative Physiology. of Birds. Vol. 1—2, New York, Academic Press, 1961.

Moore J. A. (ed.), Physiology of the Amphibia, New York, Acade­mic Press, 1964.

Morton J. E., Molluscs, London, Hutchinson University Library, 1964.

Mоuntсas11e V. В., Medical Physiology, New York, Mosby, 1968.

Niсоl J. A. C, The Biology of Marine Animals, New York, Inter-science, 1960.

Prоsser С L, Brown F. A., Comparative Animal Physiology, Philadelphia, Saunders, 1962.

Ruch T. C, Patton H. D., Physiology, and Biophysics, Phila­delphia, Saunders, 1965.

Scheer В. Т., Animal Physiology, New York, Wiley, 1965.

Wigglesworth V. В., Insect Physiology, New York, Wiley, 1966.